Forschungsbericht 1995-96
	Institut für Biochemie und Biotechnologie der Pflanzen Hindenburgplatz 55 48149 Münster Tel. (0251) 83 - 2 47 91 Fax (0251) 83 - 2 83 71 Geschf. Direktor: Prof. Dr. W. Barz

Forschungsschwerpunkte 1995 - 1996 Fachbereich 18 - Biologie Institut für Biochemie und Biotechnologie der Pflanzen Arbeitsbereich Prof. Dr. B. Moerschbacher

Das WIR-1-Genprodukt - ein putatives Zellwand/Membran-Linkerprotein.

Im Gegensatz zu tierischen Zellen, die i.d.R. in eine extrazelluläre Matrix eingebettet sind, sind pflanzliche, pilzliche und bakterielle Zellen von einer festen Zellwand umgeben. Lange Zeit sprach man der Zellwand mehr oder weniger eine rein strukturelle Funktion zu. Heute ist jedoch klar, daß auch die pflanzliche Zellwand als eine komplexe extrazelluläre Matrix anzusehen ist, die Vorgänge im Inneren der Zelle beeinflußt und von ihnen beeinflußt wird. So mehren sich die Hinweise, daß Signale aus der Zellwand eine wichtige Rolle in der Entwicklung pflanzlicher Gewebe und Organe spielen. Auch die Kommunikation sowohl zwischen benachbarten Pflanzenzellen als auch zwischen Pflanzenzellen und eindringenden, mikrobiellen Symbionten und Pathogenen spielt sich zunächst in der Zellwand ab. Gefordert wird daher eine transmembrane Kommunikation von der Zellwand über die Plasmamembran ins Cytosol und umgekehrt. Analog zu tierischen Systemen fordert man zu diesem Zwecke auch in der pflanzlichen Plasmamembran Transmembranproteine, die als Zellwand/Membran-Linker fungieren.

Ein solches Zellwand/Membran-Linkerprotein könnte das Produkt des WIR-1-Genes sein. Das WIR-1-Gen wird in Weizenpflanzen nach Inokulation mit dem Gerstenmehltau (der Weizen zwar infizieren kann, dessen weitere Entwicklung jedoch durch eine hypersensitive Resistenzreaktion des Nicht-Wirtes Weizen sehr schnell gestoppt wird) exprimiert, und zwar zu einem Zeitpunkt, an dem die Weizenpflanzen eine "induzierte Resistenz" gegen Weizenmehltau entwickeln (der sich in gesunden Weizenpflanzen erfolgreich vermehren kann, dessen Entwicklung jedoch nach einer Vorinokulation mit dem Gerstenmehltau durch eine so "induzierte Resistenz" gestoppt wird). Das WIR-1-Gen wurde in einer Arbeitsgruppe in Zürich isoliert, cloniert und sequenziert. Die abgeleitete Aminosäuresequenz läßt ein Protein mit einer Transmembranregion und einem extrazellulären C-Terminus erwarten. Der extrazelluläre Teil des Proteins besteht überwiegend aus Prolin (oder Hydroxyprolin) und Glycin, typischen Aminosäuren struktureller Zellwandproteine. Aufgrund dieser erwarteten Struktur liegt die Annahme nahe, daß es sich bei dem WIR-1-Genprodukt um ein Zellwand/Membran-Linkerprotein handeln könnte.

Wir haben uns die Aufgabe gestellt, dieses Protein aus induziert resistenten Weizenpflanzen zu isolieren und zu charakterisieren, um letztlich auf biochemischem und immunocytologischem Wege Evidenzen für seine subzelluläre Lokalisation und seine Rolle in der induzierten Resistenz des Weizens zu gewinnen. Als Erkennungsmerkmal für das WIR-1-Protein dienen uns dabei polyklonale Antikörper gegen synthetische Peptide, die aus der Nukleotidsequenz abgeleitet wurden und eine hohe Oberflächenwahrscheinlichkeit und Antigenität aufweisen. Aufgrund der offenbar mangelnden Spezifität dieser Antikörper entwickeln wir z.Z. eine alternative Strategie, die es uns erlauben soll, die Aminosäuren- und, gegebenenfalls, Monosaccharid-Zusammensetzung einer Proteinbande auf einer Western-Blotmembran mittels Kapillar-Elektrophorese zu bestimmen.

Eine biochemische und cytologische Kenntnis des WIR-1-Proteins ist unabdingbare Voraussetzung zum Verständnis seiner möglichen Rolle in der induzierten Resistenz, auf die im Rahmen des integrierten Pflanzenschutzes große Hoffnungen gesetzt werden.

Drittmittelgeber:

Deutsche Forschungsgemeinschaft im Rahmen des Schwerpunkts "Mechanismen der Interaktion im System Pflanze, Schaderreger und Nutzorganismus"

Beteiligte Wissenschaftler:

Prof. Dr. B. Moerschbacher (Leiter), U. Beike, H. Boermans, Dr. R. Dudler (Universität Zürich, Schweiz), Prof. Dr. A.J. Mort (Oklahoma State University, Stillwater, U.S.A.)